JP2017123265A - Ion source and insulating mechanism - Google Patents

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尚久 北見
Naohisa Kitami
尚久 北見
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance reliability of an ion source.SOLUTION: An ion source 10 includes a plasma chamber 12 to which high potential is applied, an insulating mechanism 50 provided so as to surround the outer periphery of the plasma chamber 12, a magnetic field generator 16 which is provided outside the insulating mechanism 50 and generates magnetic field in the plasma chamber 12, and a vacuum chamber 18 for housing the plasma chamber 12, the insulating mechanism 50 and the magnetic field generator 16 therein. The insulating mechanism 50 has plural conductor layers (an inner conductor layer 54, an intermediate conductor layer 55, an outer conductor layer 56) and plural insulation layers 52a which are alternately stacked in a direction from the plasma chamber 12 to the magnetic field generator 16.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、絶縁機構を備えるイオン源に関する。   The present invention relates to an ion source having an insulating mechanism.

プラズマ室の外周に設けられる磁場発生器によってプラズマ室に磁場を発生させてプラズマ室にプラズマを生成し、引出電極を用いてプラズマ室からイオンを引き出すよう構成されるイオン源が知られている。イオン源から引き出されたイオンは、例えばイオン注入処理のために使用される。プラズマ室から効率良くイオンを引き出すため、プラズマ室には高電圧を印加するための電源が接続される。   There is known an ion source configured to generate a magnetic field in a plasma chamber by a magnetic field generator provided on the outer periphery of the plasma chamber to generate plasma in the plasma chamber, and to extract ions from the plasma chamber using an extraction electrode. The ions extracted from the ion source are used, for example, for an ion implantation process. In order to efficiently extract ions from the plasma chamber, a power source for applying a high voltage is connected to the plasma chamber.

特開2015−109150号公報JP2015-109150A

イオン源は、イオン注入処理のための装置等に組み込んで用いられることから、スペース等の制約を考えると装置は小型であることが求められる。一方で、装置を小型化しようとすると、高電圧が印加されるプラズマ室とその周囲との絶縁の確保が困難となる場合がある。   Since the ion source is used by being incorporated into an apparatus or the like for ion implantation processing, the apparatus is required to be small in consideration of restrictions such as space. On the other hand, when trying to reduce the size of the apparatus, it may be difficult to ensure insulation between the plasma chamber to which a high voltage is applied and its surroundings.

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオン源の信頼性を高めることにある。   One exemplary objective of certain aspects of the present invention is to increase the reliability of the ion source.

本発明のある態様のイオン源は、高電位が印加されるプラズマ室と、プラズマ室の外周を囲うように設けられる絶縁機構と、絶縁機構の外側に設けられ、プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生器と、プラズマ室、絶縁機構および磁場発生器を内部に収容する真空容器と、を備える。絶縁機構は、プラズマ室から磁場発生器に向かう方向に交互に積層された複数の導体層および複数の絶縁層を有する。   An ion source according to an aspect of the present invention includes a plasma chamber to which a high potential is applied, an insulating mechanism provided so as to surround an outer periphery of the plasma chamber, and a magnetic field that is provided outside the insulating mechanism and generates a magnetic field in the plasma chamber. A generator, and a vacuum chamber that houses the plasma chamber, the insulating mechanism, and the magnetic field generator. The insulation mechanism has a plurality of conductor layers and a plurality of insulation layers alternately stacked in a direction from the plasma chamber toward the magnetic field generator.

本発明の別の態様は、第1部材と第2部材の間を電気的に絶縁するための絶縁機構である。この絶縁機構は、第1部材から第2部材に向かう方向に複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された積層領域と、複数の導体層の端部を被覆する端部絶縁体が設けられる端部領域と、を備える。   Another aspect of the present invention is an insulating mechanism for electrically insulating the first member and the second member. In this insulation mechanism, a laminated region in which a plurality of conductor layers and a plurality of insulating layers are alternately laminated in a direction from the first member to the second member, and an end insulator covering the ends of the plurality of conductor layers are provided. An end region to be provided.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、イオン源の信頼性を高めることができる。   According to the present invention, the reliability of the ion source can be improved.

実施の形態に係るイオン源の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the ion source which concerns on embodiment. 実施の形態に係るイオン源の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the ion source which concerns on embodiment. 比較例に係るイオン源においてプラズマ室と磁場発生器の間に生じる電界および磁場を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electric field and magnetic field which arise between a plasma chamber and a magnetic field generator in the ion source which concerns on a comparative example. 比較例に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the insulation mechanism which concerns on a comparative example. 実施の形態に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the insulation mechanism which concerns on embodiment. 変形例に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the insulation mechanism which concerns on a modification. 変形例に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the insulation mechanism which concerns on a modification. 変形例に係る絶縁機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the insulation mechanism which concerns on a modification.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate.

図1および図2は、実施の形態に係るイオン源10の構成を模式的に示し、図2は、図1におけるA−A線断面を示す。イオン源10は、電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件を満たす磁場またはそれよりも高い磁場を印加したプラズマ室12にマイクロ波電力Cを入力し、高密度プラズマを生成してイオンを引き出すマイクロ波イオン源である。イオン源10は、磁場とマイクロ波との相互作用によって原料ガスのプラズマを生成し、そのプラズマからプラズマ室12の外部へイオンを引き出すように構成されている。   1 and 2 schematically show a configuration of an ion source 10 according to the embodiment, and FIG. 2 shows a cross section taken along line AA in FIG. The ion source 10 inputs a microwave power C to a plasma chamber 12 to which a magnetic field satisfying an electron cyclotron resonance (ECR) condition or a magnetic field higher than that is applied, and generates a high-density plasma to extract ions. It is. The ion source 10 is configured to generate a plasma of a source gas by the interaction between a magnetic field and a microwave, and to extract ions from the plasma to the outside of the plasma chamber 12.

イオン源10は、例えばイオン注入装置又は粒子線治療装置のためのイオン源に使用される。イオン源10は例えば、一価イオン源として使用される。また、イオン源10は、プロトン加速器のためのイオン源、またはX線源としても使用されうる。   The ion source 10 is used as an ion source for an ion implantation apparatus or a particle beam therapy apparatus, for example. The ion source 10 is used as a monovalent ion source, for example. The ion source 10 can also be used as an ion source for a proton accelerator or an X-ray source.

よく知られるように、ECR条件を満たす磁場の強さは使用されるマイクロ波の周波数に対し一意に定まり、マイクロ波周波数が2.45GHzの場合には87.5mT(875ガウス)の磁場が必要である。以下では説明の便宜上、ECR条件を満たす磁場を、共鳴磁場と呼ぶことがある。   As is well known, the strength of the magnetic field that satisfies the ECR condition is uniquely determined with respect to the microwave frequency used, and a magnetic field of 87.5 mT (875 gauss) is required when the microwave frequency is 2.45 GHz. It is. Hereinafter, for convenience of explanation, a magnetic field that satisfies the ECR condition may be referred to as a resonance magnetic field.

イオン源10は、プラズマ室12と、磁場発生器16と、真空容器18を備える。プラズマ室12および磁場発生器16は、真空容器18の内部に収容される。プラズマ室12は、その内部空間にプラズマを生成し維持するよう構成されている真空チャンバである。プラズマ室12の内部空間を以下では、プラズマ生成空間14と呼ぶことがある。   The ion source 10 includes a plasma chamber 12, a magnetic field generator 16, and a vacuum vessel 18. The plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 are accommodated in the vacuum vessel 18. The plasma chamber 12 is a vacuum chamber configured to generate and maintain plasma in its internal space. Hereinafter, the internal space of the plasma chamber 12 may be referred to as a plasma generation space 14.

プラズマ室12は、両端をもつ筒状の形状を有する。プラズマ室12の一端から他端に向かう方向を以下では便宜上、軸方向と呼ぶことがある。また、軸方向に直交する方向を径方向と呼び、軸方向を包囲する方向を周方向と呼ぶことがある。しかしこれらは、プラズマ室12が回転対称性を有する形状であることを必ずしも意味するものではない。また、プラズマ室12の軸方向長さは、プラズマ室12の端部の径方向長さより長くてもよいし短くてもよい。   The plasma chamber 12 has a cylindrical shape having both ends. Hereinafter, the direction from one end to the other end of the plasma chamber 12 may be referred to as an axial direction for convenience. In addition, a direction orthogonal to the axial direction may be referred to as a radial direction, and a direction surrounding the axial direction may be referred to as a circumferential direction. However, these do not necessarily mean that the plasma chamber 12 has a rotationally symmetric shape. The axial length of the plasma chamber 12 may be longer or shorter than the radial length of the end portion of the plasma chamber 12.

プラズマ室12は、イオン引出部22と、マイクロ波導入部26と、を備える。イオン引出部22とマイクロ波導入部26とは、プラズマ生成空間14を挟んで対向している。プラズマ室12は、イオン引出部22とマイクロ波導入部26とを接続し、プラズマ生成空間14を囲む側壁部20を備える。側壁部20は、イオン引出部22およびマイクロ波導入部26それぞれの外周部分に固定されている。側壁部20は、例えばステンレス鋼またはアルミニウムのような非磁性金属材料で形成されている。   The plasma chamber 12 includes an ion extraction unit 22 and a microwave introduction unit 26. The ion extraction unit 22 and the microwave introduction unit 26 are opposed to each other with the plasma generation space 14 interposed therebetween. The plasma chamber 12 includes a side wall portion 20 that connects the ion extraction portion 22 and the microwave introduction portion 26 and surrounds the plasma generation space 14. The side wall part 20 is fixed to the outer peripheral part of each of the ion extraction part 22 and the microwave introduction part 26. The side wall portion 20 is formed of a nonmagnetic metal material such as stainless steel or aluminum.

なお側壁部20は、側壁部20を冷却するための冷却部を備えてもよい。この冷却部は側壁部20に内蔵されていてもよいし、側壁部20の外側に付設されていてもよい。また、プラズマ室12の側壁部20をプラズマから保護するために、側壁部20の内面を被覆する(例えば窒化ホウ素の)ライナが設けられていてもよい。   Note that the side wall 20 may include a cooling unit for cooling the side wall 20. This cooling part may be built in the side wall part 20 or may be attached outside the side wall part 20. Moreover, in order to protect the side wall part 20 of the plasma chamber 12 from a plasma, the liner (for example, boron nitride) which coat | covers the inner surface of the side wall part 20 may be provided.

マイクロ波導入部26、イオン引出部22、及び側壁部20によってプラズマ室12の中にプラズマ生成空間14が画定されている。なお、プラズマ室12は、マイクロ波導入部26、イオン引出部22、及び側壁部20が一体にプラズマ生成空間14を囲むよう構成されているから、イオン引出部22に接続される側壁部20の末端はイオン引出部22の一部であるとみなすこともできる。同様に、マイクロ波導入部26に接続される側壁部20の末端はマイクロ波導入部26の一部であるとみなすこともできる。   A plasma generation space 14 is defined in the plasma chamber 12 by the microwave introduction part 26, the ion extraction part 22, and the side wall part 20. The plasma chamber 12 is configured such that the microwave introduction part 26, the ion extraction part 22, and the side wall part 20 integrally surround the plasma generation space 14, so that the side wall part 20 connected to the ion extraction part 22 is provided. The end can also be regarded as a part of the ion extraction part 22. Similarly, the end of the side wall part 20 connected to the microwave introduction part 26 can also be regarded as a part of the microwave introduction part 26.

プラズマ室12は例えば円筒形状を有する。この場合、マイクロ波導入部26及びイオン引出部22は概ね円板形状であり、側壁部20は概ね円筒である。なおプラズマ室12は、プラズマを適切に収容し得る限り、いかなる形状であってもよい。   The plasma chamber 12 has, for example, a cylindrical shape. In this case, the microwave introduction part 26 and the ion extraction part 22 are substantially disk-shaped, and the side wall part 20 is substantially cylindrical. The plasma chamber 12 may have any shape as long as plasma can be appropriately accommodated.

マイクロ波導入部26は、真空窓32を備える。真空窓32はプラズマ室12の内部を真空に封じる。真空窓32の一方の側がプラズマ生成空間14に面しており、真空窓32の他方の側がマイクロ波供給系または導波管30に向けられている。マイクロ波の伝搬方向Cは真空窓32に垂直である。本実施の形態では真空窓32はマイクロ波導入部26の全体を占めているが、真空窓32はマイクロ波導入部26の一部(例えば中心部)に形成されていてもよい。   The microwave introduction unit 26 includes a vacuum window 32. The vacuum window 32 seals the inside of the plasma chamber 12 to a vacuum. One side of the vacuum window 32 faces the plasma generation space 14, and the other side of the vacuum window 32 is directed to the microwave supply system or the waveguide 30. The propagation direction C of the microwave is perpendicular to the vacuum window 32. In the present embodiment, the vacuum window 32 occupies the entire microwave introduction part 26, but the vacuum window 32 may be formed in a part (for example, the central part) of the microwave introduction part 26.

プラズマ室12へのマイクロ波の入射電力は例えば、約100Wより大きい。あるいは、プラズマ室12へのマイクロ波の入射電力は、約500W以上または約1kW以上でもよい。このような高電力のマイクロ波の供給には、同軸線のような他の供給手段に比べて、導波管30及び真空窓32が適する。   The microwave incident power to the plasma chamber 12 is greater than about 100 W, for example. Alternatively, the microwave incident power to the plasma chamber 12 may be about 500 W or more, or about 1 kW or more. The waveguide 30 and the vacuum window 32 are suitable for supplying such a high-power microwave compared to other supply means such as a coaxial line.

真空窓32は、例えばアルミナ(Al)または窒化ホウ素(BN)などの誘電体で形成されている。なお、真空窓32はアルミナ層と窒化ホウ素層からなる二層構造を有していてもよい。例えば、アルミナからなる真空窓32のうち、プラズマ生成空間14に接する面に窒化ホウ素層を設ける。これにより、真空窓32を被覆する窒化ホウ素層は、プラズマ室12の外から引出開口24を通じてプラズマ室12に逆流する電子から真空窓32を保護する。 The vacuum window 32 is made of a dielectric such as alumina (Al 2 O 3 ) or boron nitride (BN). The vacuum window 32 may have a two-layer structure including an alumina layer and a boron nitride layer. For example, a boron nitride layer is provided on the surface of the vacuum window 32 made of alumina in contact with the plasma generation space 14. Thereby, the boron nitride layer covering the vacuum window 32 protects the vacuum window 32 from electrons flowing back from the outside of the plasma chamber 12 to the plasma chamber 12 through the extraction opening 24.

一方、イオン引出部22には少なくとも一つの引出開口24が形成されている。引出開口24は例えば、紙面に垂直な方向に細長いスリットである。引出開口24はイオン引出部22の中心部分に形成されている。引出開口24は、プラズマ生成空間14を挟んで真空窓32に対向する位置に形成されている。真空窓32、プラズマ生成空間14、及び引出開口24は、プラズマ室12の中心軸に沿って配列されている。   On the other hand, at least one extraction opening 24 is formed in the ion extraction portion 22. The drawer opening 24 is, for example, a slit that is elongated in a direction perpendicular to the paper surface. The extraction opening 24 is formed in the central portion of the ion extraction portion 22. The extraction opening 24 is formed at a position facing the vacuum window 32 across the plasma generation space 14. The vacuum window 32, the plasma generation space 14, and the extraction opening 24 are arranged along the central axis of the plasma chamber 12.

プラズマ室12は、正の高電圧を印加するための電源62に接続される。プラズマ室12に高電圧が印加されるとき、その一部であるイオン引出部22にも同じ高電圧が印加されるので、イオン引出部22はプラズマ電極と呼ばれることもある。   The plasma chamber 12 is connected to a power source 62 for applying a positive high voltage. When a high voltage is applied to the plasma chamber 12, the same high voltage is also applied to the ion extraction part 22, which is a part of the plasma chamber 12. Therefore, the ion extraction part 22 may be called a plasma electrode.

引出開口24の軸方向外側には、イオンをプラズマ室12の外に引き出すための少なくとも一つの引出電極40を有する引出電極系が設けられる。引出電極40は、イオン引出部22との間に軸方向に引出ギャップ42を有して対向する。引出電極40は、例えば環状に形成されており、プラズマ室12から引き出されたイオンを通すための開口部44をその中心部分に有する。また、引出電極系は、引出電極40に電位を印加するための引出電源(図示せず)を備える。   An extraction electrode system having at least one extraction electrode 40 for extracting ions to the outside of the plasma chamber 12 is provided outside the extraction opening 24 in the axial direction. The extraction electrode 40 is opposed to the ion extraction portion 22 with an extraction gap 42 in the axial direction. The extraction electrode 40 is formed, for example, in an annular shape, and has an opening 44 for allowing ions extracted from the plasma chamber 12 to pass through at the center thereof. In addition, the extraction electrode system includes an extraction power source (not shown) for applying a potential to the extraction electrode 40.

磁場発生器16は、プラズマ室12の中心軸上において軸方向に向けられた磁場を発生させるために、プラズマ室12の側壁部20を囲むように配設されている。その磁力線方向を図1に矢印Bで示す。磁場発生器16による磁力線方向Bは、マイクロ波の伝搬方向Cと同一の方向である。また、この磁場Bは、プラズマ室12の中心軸上の少なくとも一部分において共鳴磁場またはそれよりも高強度である。なお、磁場発生器16は、プラズマ室12の軸線上の少なくとも一部分に共鳴磁場よりも低い磁場を発生させることも可能である。   The magnetic field generator 16 is disposed so as to surround the side wall portion 20 of the plasma chamber 12 in order to generate a magnetic field directed in the axial direction on the central axis of the plasma chamber 12. The direction of the line of magnetic force is indicated by an arrow B in FIG. The magnetic field line direction B by the magnetic field generator 16 is the same direction as the microwave propagation direction C. Further, the magnetic field B has a resonance magnetic field or higher intensity at least at a part on the central axis of the plasma chamber 12. The magnetic field generator 16 can also generate a magnetic field lower than the resonance magnetic field in at least a part of the axis of the plasma chamber 12.

磁場発生器16は、環状に形成されるコイルを有し、プラズマ室12の周方向に導線が巻かれている。磁場発生器16は、コイルに電流を流すためのコイル電源(図示せず)を有する。なお、磁場発生器16は、プラズマ室12の軸方向に沿って複数配列されていてもよく、コイルの代わりに永久磁石を備えてもよい。   The magnetic field generator 16 has an annular coil, and a conducting wire is wound around the plasma chamber 12 in the circumferential direction. The magnetic field generator 16 has a coil power supply (not shown) for flowing a current through the coil. A plurality of the magnetic field generators 16 may be arranged along the axial direction of the plasma chamber 12 and may include a permanent magnet instead of the coil.

磁場発生器16は、例えば真空容器18の内壁に直に取り付けられて接地される。このため、接地される磁場発生器16と、電源62に接続されるプラズマ室12とに異なる電位が与えられる。本実施の形態においては、電位の異なるプラズマ室12と磁場発生器16の間の絶縁性を高めるため、プラズマ室12と磁場発生器16の間の領域に絶縁機構50が設けられる。   The magnetic field generator 16 is directly attached to the inner wall of the vacuum vessel 18 and grounded, for example. Therefore, different potentials are applied to the grounded magnetic field generator 16 and the plasma chamber 12 connected to the power source 62. In the present embodiment, an insulating mechanism 50 is provided in a region between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 in order to enhance insulation between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 having different potentials.

絶縁機構50は、絶縁部材52と、内側導体層54と、複数の中間導体層55と、外側導体層56とを有する。絶縁部材52は、複数の絶縁層52aと、第1端部絶縁体52cと、第2端部絶縁体52dとを有する。絶縁機構50は、複数の導体層(内側導体層54、中間導体層55、外側導体層56)と複数の絶縁層52aが径方向に交互に積層された積層構造を有する。   The insulating mechanism 50 includes an insulating member 52, an inner conductor layer 54, a plurality of intermediate conductor layers 55, and an outer conductor layer 56. The insulating member 52 includes a plurality of insulating layers 52a, a first end insulator 52c, and a second end insulator 52d. The insulating mechanism 50 has a laminated structure in which a plurality of conductor layers (inner conductor layer 54, intermediate conductor layer 55, outer conductor layer 56) and a plurality of insulating layers 52a are alternately laminated in the radial direction.

絶縁機構50は、側壁部20の外周を囲うように設けられる。絶縁機構50は、側壁部20と径方向に離れて設けられており、円筒状のプラズマ室12に対応して円筒形状を有する。絶縁機構50は、磁場発生器16からも径方向に離れて設けられる。絶縁機構50は、マイクロ波導入部26に設けられるフランジ部28によって支持される。絶縁機構50は、図示しない固定部材によってプラズマ室12の外周に固定されてもよい。   The insulating mechanism 50 is provided so as to surround the outer periphery of the side wall portion 20. The insulating mechanism 50 is provided away from the side wall 20 in the radial direction, and has a cylindrical shape corresponding to the cylindrical plasma chamber 12. The insulating mechanism 50 is also provided away from the magnetic field generator 16 in the radial direction. The insulating mechanism 50 is supported by a flange portion 28 provided in the microwave introduction portion 26. The insulating mechanism 50 may be fixed to the outer periphery of the plasma chamber 12 by a fixing member (not shown).

内側導体層54は、絶縁部材52の内側に設けられ、絶縁機構50の内側面50aを構成する。内側導体層54は、沿面放電を防止するため、引出電極40の近くに位置する第1端部50cや、マイクロ波導入部26のフランジ部28の近くに位置する第2端部50dを避けて設けられる。つまり、内側導体層54は、絶縁機構50の端部領域W2を避けた積層領域W1に設けられる。なお、積層領域W1とは、内側導体層54および外側導体層56が積層されている軸方向の範囲のことをいう。   The inner conductor layer 54 is provided inside the insulating member 52 and constitutes the inner side surface 50 a of the insulating mechanism 50. The inner conductor layer 54 avoids the first end 50 c located near the extraction electrode 40 and the second end 50 d located near the flange portion 28 of the microwave introduction portion 26 in order to prevent creeping discharge. Provided. That is, the inner conductor layer 54 is provided in the stacked region W1 that avoids the end region W2 of the insulating mechanism 50. In addition, the lamination | stacking area | region W1 means the range of the axial direction where the inner side conductor layer 54 and the outer side conductor layer 56 are laminated | stacked.

内側導体層54は、導電性および熱伝導性の高い材料で構成されることが望ましく、例えば銅(Cu)やアルミニウム(Al)などの非磁性金属材料で形成される。内側導体層54は、マイクロ波導入部26や図示しない固定部材等により、プラズマ室12と電気的に接続される。したがって、内側導体層54は、高電圧が印加されるプラズマ室12と同電位である。内側導体層54は、絶縁機構50の内側面50aとプラズマ室12との間の電位差をなくして、プラズマ室12と絶縁機構50の間に電界が生じないようにする。   The inner conductor layer 54 is preferably made of a material having high conductivity and heat conductivity, and is made of a nonmagnetic metal material such as copper (Cu) or aluminum (Al). The inner conductor layer 54 is electrically connected to the plasma chamber 12 by the microwave introduction part 26, a fixing member (not shown), or the like. Therefore, the inner conductor layer 54 has the same potential as the plasma chamber 12 to which a high voltage is applied. The inner conductor layer 54 eliminates a potential difference between the inner surface 50 a of the insulating mechanism 50 and the plasma chamber 12, and prevents an electric field from being generated between the plasma chamber 12 and the insulating mechanism 50.

外側導体層56は、絶縁部材52の外側に設けられ、絶縁機構50の外側面50bを構成する。外側導体層56は、導電性および熱伝導性の高い材料で構成されることが望ましく、例えば銅やアルミニウムなどの非磁性金属材料で形成される。また、外側導体層56は、窒化チタン(TiN)などの二次電子放出係数の小さい材料をコーティングすることで形成されてもよい。外側導体層56は接地されており、磁場発生器16や真空容器18と同電位である。外側導体層56は、少なくとも磁場発生器16に対向する位置に設けられ、沿面放電を防止するために第1端部50cおよび第2端部50dの近くを避けて設けられる。したがって、外側導体層56は、絶縁機構50の端部領域W2を避けた積層領域W1設けられる。   The outer conductor layer 56 is provided outside the insulating member 52 and constitutes an outer surface 50 b of the insulating mechanism 50. The outer conductor layer 56 is preferably made of a material having high conductivity and heat conductivity, and is made of a nonmagnetic metal material such as copper or aluminum. The outer conductor layer 56 may be formed by coating a material having a small secondary electron emission coefficient such as titanium nitride (TiN). The outer conductor layer 56 is grounded and has the same potential as the magnetic field generator 16 and the vacuum vessel 18. The outer conductor layer 56 is provided at least at a position facing the magnetic field generator 16, and is provided to avoid the vicinity of the first end 50c and the second end 50d in order to prevent creeping discharge. Therefore, the outer conductor layer 56 is provided in the stacked region W1 avoiding the end region W2 of the insulating mechanism 50.

複数の中間導体層55は、内側導体層54と外側導体層56の間に設けられる円筒状の部材であり、隣接する絶縁層52aの間に配設される。中間導体層55は、導電性および熱伝導性の高い材料で構成されることが望ましく、例えば銅やアルミニウムなどの非磁性金属材料で形成される。中間導体層55は、内側導体層54や外側導体層56よりも軸方向に長く延在するように形成されており、内側導体層54や外側導体層56よりも絶縁機構50の端部50c,50dの近くまで延びる。つまり、中間導体層55は、積層領域W1から端部領域W2に向けて軸方向に突出するように延在する。   The plurality of intermediate conductor layers 55 are cylindrical members provided between the inner conductor layer 54 and the outer conductor layer 56, and are disposed between the adjacent insulating layers 52a. The intermediate conductor layer 55 is preferably made of a material having high conductivity and heat conductivity, and is made of a nonmagnetic metal material such as copper or aluminum. The intermediate conductor layer 55 is formed so as to extend longer in the axial direction than the inner conductor layer 54 and the outer conductor layer 56, and the end portions 50 c and 50 c of the insulating mechanism 50 are formed more than the inner conductor layer 54 and the outer conductor layer 56. Extends close to 50d. That is, the intermediate conductor layer 55 extends so as to protrude in the axial direction from the stacked region W1 toward the end region W2.

絶縁部材52は、絶縁性および耐熱性のある材料で形成されており、例えばアルミナ等のセラミックス材料や、ポリイミドなどの樹脂材料が用いられる。なお、絶縁部材52として樹脂材料を用いることで絶縁機構50を軽量化することができ、また、円筒状の積層構造の形成が容易となる。   The insulating member 52 is formed of an insulating and heat-resistant material, and for example, a ceramic material such as alumina or a resin material such as polyimide is used. Note that the insulating mechanism 50 can be reduced in weight by using a resin material as the insulating member 52, and a cylindrical laminated structure can be easily formed.

複数の絶縁層52aは、複数の導体層の間に設けられる円筒状の部材であり、隣接する導体層の間を電気的に絶縁する。第1端部絶縁体52cは、絶縁機構50の第1端部50cに設けられ、第2端部絶縁体52dは、絶縁機構50の第2端部50dに設けられる。第1端部絶縁体52cおよび第2端部絶縁体52dは、中間導体層55の端部を被覆して第1端部50cおよび第2端部50dにおける沿面放電の発生を防止する。   The plurality of insulating layers 52a are cylindrical members provided between the plurality of conductor layers, and electrically insulate between adjacent conductor layers. The first end insulator 52 c is provided at the first end 50 c of the insulating mechanism 50, and the second end insulator 52 d is provided at the second end 50 d of the insulating mechanism 50. The first end insulator 52c and the second end insulator 52d cover the end portion of the intermediate conductor layer 55 to prevent the occurrence of creeping discharge at the first end portion 50c and the second end portion 50d.

絶縁機構50は、例えば、シート状の金属材料とシート状の樹脂材料とを交互に積層させて加熱圧着することにより形成することができる。このとき、中間導体層55よりも絶縁層52aの厚さが相対的に厚くなるように、二枚の金属シートの間に多数の樹脂シートが挟み込まれるようにして成形してもよい。したがって、各絶縁層52aは、複数の樹脂シートにより構成されてもよい。また、絶縁機構50を構成する各層は必ずしも一体化されている必要はなく、各層の間に隙間があってもよい。   The insulating mechanism 50 can be formed, for example, by laminating sheet-like metal materials and sheet-like resin materials alternately and thermocompression bonding. At this time, the resin layer may be formed such that a large number of resin sheets are sandwiched between two metal sheets so that the insulating layer 52a is relatively thicker than the intermediate conductor layer 55. Therefore, each insulating layer 52a may be composed of a plurality of resin sheets. Further, the layers constituting the insulating mechanism 50 do not necessarily have to be integrated, and there may be a gap between the layers.

遮蔽部材58は、イオン引出部22の近傍において、プラズマ室12と絶縁機構50の間の空間を塞ぐように設けられる。遮蔽部材58は、図1に示されるように、プラズマ室12の側壁部20またはイオン引出部22から径方向外側に向けて延在する板状部材であり、その厚さ方向が軸方向となるように設けられる。また、遮蔽部材58は、周方向に連続してプラズマ室12を取り囲むように設けられる。遮蔽部材58は、イオン引出部22の引出面22aと段差を形成するように設けられるが、変形例においては、引出面22aと連続した平面を形成するように設けられてもよい。   The shielding member 58 is provided in the vicinity of the ion extraction unit 22 so as to block the space between the plasma chamber 12 and the insulating mechanism 50. As shown in FIG. 1, the shielding member 58 is a plate-like member that extends radially outward from the side wall portion 20 or the ion extraction portion 22 of the plasma chamber 12, and the thickness direction thereof is the axial direction. It is provided as follows. The shielding member 58 is provided so as to surround the plasma chamber 12 continuously in the circumferential direction. The shielding member 58 is provided so as to form a step with the extraction surface 22a of the ion extraction portion 22. However, in a modified example, the shielding member 58 may be provided so as to form a plane continuous with the extraction surface 22a.

遮蔽部材58は、絶縁機構50の第1端部50cと引出電極40の間の位置に設けられ、絶縁機構50の第1端部50cが引出電極40から見えないように第1端部50cを遮る位置に設けられる。遮蔽部材58は、絶縁機構50の内側面50aの位置よりも径方向外側に突出するように設けられる。これにより、イオン源10の運転時に比較的高温となる引出電極40からの輻射熱から絶縁部材52を保護するとともに、引出電極40から飛散するスパッタ粒子が絶縁部材52に付着することを防ぐ。スパッタ粒子の付着を防ぐことで、第1端部50cの表面に導電膜が形成されて沿面放電が発生することを抑制することができる。   The shielding member 58 is provided at a position between the first end 50 c of the insulating mechanism 50 and the extraction electrode 40, and the first end 50 c is not seen from the extraction electrode 40. It is provided at a blocking position. The shielding member 58 is provided so as to protrude outward in the radial direction from the position of the inner surface 50 a of the insulating mechanism 50. This protects the insulating member 52 from radiant heat from the extraction electrode 40 that is relatively high during operation of the ion source 10 and prevents the sputtered particles scattered from the extraction electrode 40 from adhering to the insulating member 52. By preventing adhesion of sputtered particles, it is possible to suppress the occurrence of creeping discharge due to the formation of a conductive film on the surface of the first end portion 50c.

遮蔽部材58は、導電性および耐熱性に優れた材料で構成されることが望ましく、グラファイト(C)などの高融点材料を用いることが望ましい。遮蔽部材58は、プラズマ室12と電気的に接続され、高電圧が印加されるプラズマ室12と同電位とされる。これにより、イオン引出部22の近傍において、プラズマ室12と絶縁部材52の間に生じる電界を小さくする。なお、遮蔽部材58は、プラズマ室12と絶縁部材52の間の開口を完全に塞ぐ必要はなく、プラズマ室12と絶縁部材52の間に隙間60があるようにして設けられる。また、遮蔽部材58には、遮蔽部材58を貫通する通気孔58aが複数設けられる。このように、通気孔58aや隙間60を設けることで、プラズマ室12と絶縁部材52の間にある空気を抜きやすくし、真空容器18の真空引きにかかる時間が長くならないようにする。   The shielding member 58 is preferably made of a material having excellent conductivity and heat resistance, and is preferably made of a high melting point material such as graphite (C). The shielding member 58 is electrically connected to the plasma chamber 12 and has the same potential as the plasma chamber 12 to which a high voltage is applied. This reduces the electric field generated between the plasma chamber 12 and the insulating member 52 in the vicinity of the ion extraction portion 22. The shielding member 58 does not need to completely close the opening between the plasma chamber 12 and the insulating member 52, and is provided so that there is a gap 60 between the plasma chamber 12 and the insulating member 52. Further, the shielding member 58 is provided with a plurality of vent holes 58a penetrating the shielding member 58. Thus, by providing the vent hole 58a and the gap 60, it is easy to remove air between the plasma chamber 12 and the insulating member 52, and the time required for evacuation of the vacuum vessel 18 is not prolonged.

つづいて、本実施の形態に係る絶縁機構50が奏する効果について述べる。図3は、比較例に係るイオン源において、プラズマ室12と磁場発生器16の間に生じる電界Eおよび磁場Bを模式的に示す図である。比較例は、絶縁機構50が設けられていない点で本実施の形態とは異なる。図示されるように、電位の異なるプラズマ室12と磁場発生器16の間には、径方向に電界Eが生じるとともに、磁場発生器16による磁場Bが電界Eに交差する軸方向に生じている。そのため、プラズマ室12と磁場発生器16の間の領域に存在する電子は、直交する磁界Bと電界Eにより電子がドリフトして加速される。   Next, the effect produced by the insulation mechanism 50 according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram schematically showing an electric field E and a magnetic field B generated between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 in the ion source according to the comparative example. The comparative example is different from the present embodiment in that the insulating mechanism 50 is not provided. As illustrated, an electric field E is generated in the radial direction between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 having different potentials, and a magnetic field B generated by the magnetic field generator 16 is generated in an axial direction intersecting the electric field E. . Therefore, the electrons existing in the region between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 are accelerated by drifting the electrons by the orthogonal magnetic field B and electric field E.

また、プラズマ室12および磁場発生器16は真空容器内に設けられていることから、プラズマ室12と磁場発生器16の間の領域は、真空中に微量の残留ガスが存在する。このため、ドリフトして加速された電子が衝突することにより残留ガスがイオン化され、プラズマ室12と磁場発生器16の間の領域にプラズマPが発生することとなる。そうすると、発生したプラズマPによりプラズマ室12と磁場発生器16の間に電流が流れ、絶縁が確保できなくなるおそれがある。また、プラズマ室12と磁場発生器16の間に電流が流れると、プラズマ室12を高電圧に印加する電源62に影響を及ぼすおそれがある。   Further, since the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 are provided in a vacuum vessel, a small amount of residual gas exists in the vacuum in the region between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16. For this reason, the residual gas is ionized by collision of electrons accelerated by drift, and plasma P is generated in a region between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16. Then, current may flow between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 due to the generated plasma P, and insulation may not be ensured. In addition, if a current flows between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16, the power source 62 that applies the plasma chamber 12 to a high voltage may be affected.

図4は、比較例に係る絶縁機構150を模式的に示す図である。絶縁機構150は、絶縁部材152と、内側導体層154と、外側導体層156とを有する点で実施の形態と共通するが、複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層されていない点で実施の形態と相違する。比較例において、内側導体層154はプラズマ室12と同電位であり、外側導体層156は磁場発生器16と同電位であるため、プラズマ室12と磁場発生器16の間の電位差Vは絶縁部材152に印加される。その結果、プラズマ室12と磁場発生器16の間の空間に径方向の電界が生じないようにし、プラズマ室12と磁場発生器16の間の領域におけるプラズマの継続的な発生を防ぐことができる。これにより、プラズマ室12と磁場発生器16の間の放電を抑え、両者間の絶縁性を高めることができる。具体的には、プラズマ室12と磁場発生器16との間に流れる電流値を1/100程度にまで低減させることができる。   FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an insulating mechanism 150 according to a comparative example. The insulating mechanism 150 is common to the embodiment in that it includes an insulating member 152, an inner conductor layer 154, and an outer conductor layer 156, but a plurality of conductor layers and a plurality of insulating layers are not alternately stacked. This is different from the embodiment. In the comparative example, the inner conductor layer 154 has the same potential as the plasma chamber 12, and the outer conductor layer 156 has the same potential as the magnetic field generator 16, so the potential difference V between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 is an insulating member. 152 is applied. As a result, it is possible to prevent a radial electric field from being generated in the space between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 and to prevent the continuous generation of plasma in the region between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16. . Thereby, the discharge between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 can be suppressed, and the insulation between them can be enhanced. Specifically, the current value flowing between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 can be reduced to about 1/100.

しかしながら、図4の絶縁機構150を用いる場合、プラズマ室12と磁場発生器16の間の高電圧が全て絶縁部材152に印加されることになる。そのため、絶縁部材152として絶縁耐圧の高い材料を選択する必要があり、絶縁部材152を厚くする必要が生じる。例えば、絶縁部材152としてアルミナ等の高耐圧のセラミック材料を用いる場合、厚さを増やして耐圧を稼ごうとすると絶縁機構150が重くなってしまう。そうすると、重量のある絶縁機構150を精度良く取り付けるための固定構造を堅固なものとする必要が生じ、イオン源全体としての大きさが大型化してしまうおそれがある。   However, when the insulating mechanism 150 of FIG. 4 is used, all of the high voltage between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 is applied to the insulating member 152. Therefore, it is necessary to select a material having a high withstand voltage as the insulating member 152, and the insulating member 152 needs to be thick. For example, in the case where a high pressure-resistant ceramic material such as alumina is used as the insulating member 152, the insulating mechanism 150 becomes heavy if the thickness is increased to increase the pressure resistance. If it does so, it will be necessary to make the fixing structure for attaching the heavy insulation mechanism 150 accurately, and there exists a possibility that the magnitude | size as the whole ion source may enlarge.

また、絶縁部材152を厚くしたとしても、電界の一時的な局部集中によって絶縁性が破壊され、絶縁部材152にひび割れ157が生じることがある。特に、内側導体層154や外側導体層156の突起部や絶縁機構150の三重点構造部分151などでは電界集中が生じやすく、放電現象が繰り返し発生する可能性が高い。このような場所で繰り返し放電が生じて絶縁性が破壊されると、ひび割れ157が進展して内側導体層154と外側導体層156の間の絶縁性が確保できなくなるおそれが生じる。そうすると、セラミック製の高価な絶縁部材152を頻繁に交換する必要が生じ、メンテナンスコストの増大つながりうる。   Even if the insulating member 152 is made thick, the insulating property may be destroyed due to temporary local concentration of the electric field, and the insulating member 152 may be cracked 157. In particular, the electric field concentration is likely to occur in the protrusions of the inner conductor layer 154 and the outer conductor layer 156, the triple point structure portion 151 of the insulating mechanism 150, and the like, and there is a high possibility that the discharge phenomenon repeatedly occurs. If the electrical discharge is repeatedly generated in such a place and the insulating property is broken, the crack 157 may develop and the insulating property between the inner conductor layer 154 and the outer conductor layer 156 may not be ensured. If it does so, it will be necessary to replace | exchange the ceramic expensive insulating member 152 frequently, and it may lead to the increase in a maintenance cost.

図5は、実施の形態に係る絶縁機構50を模式的に示す図である。本実施の形態では、絶縁部材52が複数の絶縁層52aを有し、各絶縁層52aの間に中間導体層55が設けられるため、上述したようなひび割れの進展を防ぐことができる。例えば、絶縁部材52と外側導体層56との三重点構造部分51の近傍で電界集中が生じる場合、外側導体層56と外側導体層56に隣接する中間導体層55との間で放電が生じることが予想される。そのため、絶縁部材52に生じるひび割れの進展を中間導体層55の深さまでに食い止めることができる。したがって、本実施の形態によれば、絶縁部材152を貫通するようなひび割れの進展を防ぎ、絶縁機構50の絶縁機能の低下を防ぐことができる。   FIG. 5 is a diagram schematically illustrating the insulating mechanism 50 according to the embodiment. In the present embodiment, since the insulating member 52 has a plurality of insulating layers 52a and the intermediate conductor layer 55 is provided between the insulating layers 52a, it is possible to prevent the development of cracks as described above. For example, when electric field concentration occurs in the vicinity of the triple point structure portion 51 between the insulating member 52 and the outer conductor layer 56, discharge occurs between the outer conductor layer 56 and the intermediate conductor layer 55 adjacent to the outer conductor layer 56. Is expected. Therefore, the progress of the crack generated in the insulating member 52 can be stopped up to the depth of the intermediate conductor layer 55. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the cracks from penetrating through the insulating member 152 and to prevent the insulating function of the insulating mechanism 50 from being lowered.

また、本実施の形態によれば、積層領域W1から端部領域W2にかけて中間導体層55が延在しているため、内側導体層54や中間導体層55の端部、つまり、積層領域W1と端部領域W2の境界において生じるひび割れの進展を好適に防ぐことができる。また、中間導体層55の端部55c,55dを被覆するように端部絶縁体52c,52dが設けられるため、端部領域W2における沿面放電の発生を抑制して絶縁性を適切に確保できる。   Further, according to the present embodiment, since the intermediate conductor layer 55 extends from the laminated region W1 to the end region W2, the end portions of the inner conductor layer 54 and the intermediate conductor layer 55, that is, the laminated region W1 and The progress of cracks occurring at the boundary of the end region W2 can be suitably prevented. Further, since the end insulators 52c and 52d are provided so as to cover the end portions 55c and 55d of the intermediate conductor layer 55, the occurrence of creeping discharge in the end region W2 can be suppressed, and insulation can be appropriately ensured.

また、本実施の形態によれば、絶縁機構50にかかる電圧を複数の絶縁層52aで分圧する構造とするため、セラミックよりも耐圧の低い樹脂材料を絶縁部材52として用いることができる。その結果、絶縁機構50の軽量化を実現でき、また、セラミック製品にて生じやすい割れや欠けの発生を防ぐことができるため、絶縁機構50の取り扱いが容易となる。また、絶縁部材52として可撓性ないし柔軟性を有する樹脂材料を用いることにより、プラズマ室12に対応した円筒形状の絶縁機構50を製造する場合の加工容易性を高めることができる。   According to the present embodiment, since the voltage applied to the insulating mechanism 50 is divided by the plurality of insulating layers 52a, a resin material having a lower withstand voltage than ceramic can be used as the insulating member 52. As a result, it is possible to reduce the weight of the insulating mechanism 50, and it is possible to prevent the occurrence of cracks and chips that are likely to occur in ceramic products, so that the insulating mechanism 50 can be handled easily. In addition, by using a resin material having flexibility or flexibility as the insulating member 52, it is possible to improve the processability when manufacturing the cylindrical insulating mechanism 50 corresponding to the plasma chamber 12.

また、本実施の形態によれば、プラズマ室12と磁場発生器16の間に絶縁機構50が設けられるため、絶縁機構50を用いない場合と比べて、プラズマ室12と磁場発生器16の間の距離を短くできる。絶縁機構50を用いない場合、絶縁のためにプラズマ室12と磁場発生器16との間の距離を稼ぐ必要があるためである。本実施の形態によれば、プラズマ室12と磁場発生器16の間の距離を短くすることができるため、イオン源10をより小型化することできる。また、プラズマ室12と磁場発生器16の双方が真空容器18の内部に格納されるため、磁場発生器16を真空容器18の外部に設ける場合と比べて、磁場発生器16を小型化することができる。   In addition, according to the present embodiment, since the insulating mechanism 50 is provided between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16, compared with the case where the insulating mechanism 50 is not used, between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16. Can be shortened. This is because when the insulating mechanism 50 is not used, it is necessary to earn a distance between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 for insulation. According to the present embodiment, since the distance between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 can be shortened, the ion source 10 can be further downsized. In addition, since both the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16 are stored inside the vacuum vessel 18, the magnetic field generator 16 can be made smaller than when the magnetic field generator 16 is provided outside the vacuum vessel 18. Can do.

また、本実施の形態によれば、磁場発生器16を接地電位にすることができるため、絶縁材を介することなく、接地された真空容器18に用意に取り付けることができる。仮に、磁場発生器16をプラズマ室12と同じ高電位にすれば、プラズマ室12と磁場発生器16の間に電界が生じないため、この間の領域おけるプラズマの発生を抑制することができる。しかしながら、磁場発生器16を高電位に浮かせるためには、磁場発生器16のコイル電源を接続するための絶縁トランス等が必要となるため、イオン源10の大型化につながる。本実施の形態においては、磁場発生器16が接地電位であるため絶縁トランスを設ける必要がなく、その結果、イオン源10を小型化することができる。   Moreover, according to this Embodiment, since the magnetic field generator 16 can be made into a grounding potential, it can be attached to the grounded vacuum vessel 18 without using an insulating material. If the magnetic field generator 16 is set to the same high potential as the plasma chamber 12, no electric field is generated between the plasma chamber 12 and the magnetic field generator 16, so that generation of plasma in this region can be suppressed. However, in order to float the magnetic field generator 16 at a high potential, an insulation transformer or the like for connecting the coil power supply of the magnetic field generator 16 is required, which leads to an increase in the size of the ion source 10. In the present embodiment, since the magnetic field generator 16 is at the ground potential, it is not necessary to provide an insulating transformer, and as a result, the ion source 10 can be reduced in size.

(変形例1)
図6は、変形例1に係る絶縁機構250の構成を模式的に示す図である。本変形例は、端部領域W2における複数の中間導体層255の突出量L,L,Lに差が設けられており、中央に位置する第1中間導体層255cの突出量Lが最大となるように構成されている。以下、絶縁機構250について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
(Modification 1)
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of the insulating mechanism 250 according to the first modification. This modification, the protrusion amount L a plurality of intermediate conductor layers 255 in the end regions W2, L b, a difference in L c is provided with the protruding amount of the first intermediate conductive layer 255c located at the center L c Is configured to be maximized. Hereinafter, the insulating mechanism 250 will be described focusing on differences from the above-described embodiment.

絶縁機構250は、絶縁部材252と、内側導体層254と、複数の中間導体層255と、外側導体層256とを有する。複数の中間導体層255は、第1中間導体層255cと、第1中間導体層255cと内側導体層254の間に設けられる第2中間導体層255aと、第1中間導体層255cと外側導体層256の間に設けられる第3中間導体層255bとを含む。複数の導体層の間には、絶縁層252aが設けられる。端部領域W2には、中間導体層255の端部を被覆する端部絶縁体252cが設けられる。   The insulating mechanism 250 includes an insulating member 252, an inner conductor layer 254, a plurality of intermediate conductor layers 255, and an outer conductor layer 256. The plurality of intermediate conductor layers 255 include a first intermediate conductor layer 255c, a second intermediate conductor layer 255a provided between the first intermediate conductor layer 255c and the inner conductor layer 254, a first intermediate conductor layer 255c, and an outer conductor layer. 256 and a third intermediate conductor layer 255b provided between the first and second intermediate conductor layers 256. An insulating layer 252a is provided between the plurality of conductor layers. An end insulator 252c that covers the end of the intermediate conductor layer 255 is provided in the end region W2.

本変形例において、第1中間導体層255cの突出量Lは、第2中間導体層255aおよび第3中間導体層255bの突出量L,Lよりも大きい。その結果、複数の中間導体層255の端部は、中央が凸となるV字状の位置に設けられる。本変形例によれば、電界集中が発生しやすい導体層の端部の位置を軸方向にずらすことで、導体層間での放電を発生させにくくすることができる。また、中間導体層の間で放電が生じる場合であっても、中央に位置する第1中間導体層255cを軸方向に長くすることにより、ひび割れの進展を好適に防ぐことができる。 In this modification, the protrusion amount L c of the first intermediate conductor layer 255c is larger than the protrusion amounts L a and L b of the second intermediate conductor layer 255a and the third intermediate conductor layer 255b. As a result, the end portions of the plurality of intermediate conductor layers 255 are provided at V-shaped positions where the center is convex. According to the present modification, it is possible to make it difficult to generate a discharge between the conductor layers by shifting the position of the end of the conductor layer where electric field concentration is likely to occur in the axial direction. Further, even when a discharge occurs between the intermediate conductor layers, it is possible to suitably prevent the development of cracks by lengthening the first intermediate conductor layer 255c located at the center in the axial direction.

(変形例2)
図7は、変形例2に係る絶縁機構350の構成を模式的に示す図である。本変形例は、内側導体層354および外側導体層356の端部354c,356cの位置が軸方向にずれて設けられる点で上述の実施の形態と相違する。以下、絶縁機構350について、上述の実施の形態との相違点を中心に説明する。
(Modification 2)
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a configuration of an insulating mechanism 350 according to the second modification. This modified example is different from the above-described embodiment in that the positions of the end portions 354c and 356c of the inner conductor layer 354 and the outer conductor layer 356 are shifted in the axial direction. Hereinafter, the insulating mechanism 350 will be described focusing on differences from the above-described embodiment.

絶縁機構350は、絶縁部材352と、内側導体層354と、複数の中間導体層355と、外側導体層356とを有する。内側導体層354および外側導体層356は、それぞれの端部354c,356cの位置が軸方向にずれている。複数の中間導体層355は、内側導体層354および外側導体層356の端部354c,356cを結ぶ線分上の位置から端部領域W2に向けて突出するように軸方向に延在している。複数の導体層の間には、絶縁層352aが設けられる。端部領域W2には、中間導体層355の端部を被覆する端部絶縁体352cが設けられる。   The insulating mechanism 350 includes an insulating member 352, an inner conductor layer 354, a plurality of intermediate conductor layers 355, and an outer conductor layer 356. As for the inner side conductor layer 354 and the outer side conductor layer 356, the position of each edge part 354c, 356c has shifted | deviated to the axial direction. The plurality of intermediate conductor layers 355 extend in the axial direction so as to protrude from the position on the line segment connecting the end portions 354c and 356c of the inner conductor layer 354 and the outer conductor layer 356 toward the end region W2. . An insulating layer 352a is provided between the plurality of conductor layers. An end insulator 352c that covers the end of the intermediate conductor layer 355 is provided in the end region W2.

本変形例によれば、電界集中しやすい三重点構造を有する内側導体層354および外側導体層356の端部354c,356cの位置を軸方向にずらしているため、電界集中する位置間の距離を稼ぐことができる。また、中間導体層355の位置を端部領域W2に向けて突出させることで、中間導体層355の端部位置を三重点構造の位置から軸方向にずらすことができる。これにより、導体層間での放電の発生を防いで絶縁機構350の絶縁性を高めることができる。   According to this modification, the positions of the inner conductor layer 354 having the triple point structure and the end portions 354c and 356c of the outer conductor layer 356 that are easily concentrated in the electric field are shifted in the axial direction. You can earn. Further, by projecting the position of the intermediate conductor layer 355 toward the end region W2, the end position of the intermediate conductor layer 355 can be shifted in the axial direction from the position of the triple point structure. Thereby, generation | occurrence | production of the discharge between conductor layers can be prevented and the insulation of the insulation mechanism 350 can be improved.

(変形例3)
図8は、変形例3に係る絶縁機構450の構成を模式的に示す図である。本変形例は、端部絶縁体452cに凹凸構造453が設けられる点で上述の実施の形態と相違する。凹凸構造453は、軸方向に凹または凸となるように設けられ、絶縁機構450の端部に沿って周方向に形成される。本変形例によれば、端部絶縁体452cに凹凸構造453を設けることで、絶縁部材452の端面に沿った長さを大きくし、内側導体層54と外側導体層56の間の沿面放電の発生を抑制できる。
(Modification 3)
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of an insulating mechanism 450 according to the third modification. This modification is different from the above-described embodiment in that an uneven structure 453 is provided on the end insulator 452c. The concavo-convex structure 453 is provided so as to be concave or convex in the axial direction, and is formed in the circumferential direction along the end of the insulating mechanism 450. According to this modification, by providing the end insulator 452c with the uneven structure 453, the length along the end surface of the insulating member 452 is increased, and creeping discharge between the inner conductor layer 54 and the outer conductor layer 56 is caused. Generation can be suppressed.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It is understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, and various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. It is a place.

上述の実施の形態においては、外側導体層56を接地させて用いる場合について示した。変形例においては、外側導体層56を接地させずに浮遊電位となるように用いてもよい。つまり、外側導体層56を他の部材と実質的に絶縁された状態で用いてもよい。この場合、磁場発生器16と外側導体層56の間で生じるプラズマに起因して外側導体層56が帯電し、磁場発生器16と外側導体層56の間の電界を低減させる反電界が生成する。この反電界を利用して磁場発生器16と外側導体層56の間の電界を低減させてプラズマの生成を抑制することができる。   In the above embodiment, the case where the outer conductor layer 56 is used while being grounded has been described. In the modification, the outer conductor layer 56 may be used so as to have a floating potential without being grounded. That is, the outer conductor layer 56 may be used in a state of being substantially insulated from other members. In this case, the outer conductor layer 56 is charged due to the plasma generated between the magnetic field generator 16 and the outer conductor layer 56, and a counter electric field that reduces the electric field between the magnetic field generator 16 and the outer conductor layer 56 is generated. . By utilizing this counter electric field, the electric field between the magnetic field generator 16 and the outer conductor layer 56 can be reduced to suppress the generation of plasma.

上述の実施の形態においては、中間導体層55が三層であり、絶縁層52aが四層である場合について示した。変形例においては、中間導体層55が一層または二層であってもよいし、四層以上であってもよい。この場合、中間導体層55の層数に対応した層数の絶縁層52aが設けられてもよい。また、各導体層および各絶縁層は、単層構造で構成されてもよいし、複数層の積層構造で構成されてもよい。例えば、各絶縁層が複数枚の絶縁シートを積層させた多層体または積層体により構成されてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the intermediate conductor layer 55 has three layers and the insulating layer 52a has four layers has been described. In the modification, the intermediate conductor layer 55 may be one layer or two layers, or may be four layers or more. In this case, the number of insulating layers 52 a corresponding to the number of intermediate conductor layers 55 may be provided. In addition, each conductor layer and each insulating layer may be configured with a single layer structure, or may be configured with a multilayer structure of a plurality of layers. For example, each insulating layer may be composed of a multilayer body or a laminated body in which a plurality of insulating sheets are laminated.

上述の実施の形態においては、絶縁機構50をイオン源の絶縁構造として用いる場合を示した。変形例においては、異なる目的の装置における絶縁構造として用いてもよく、任意の第1部材と第2部材の間を電気的に絶縁するために用いられてもよい。この場合、絶縁機構は、第1部材から第2部材に向かう方向に複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された積層領域と、複数の導体層の端部を被覆する端部絶縁体が設けられる端部領域とを備えてもよい。絶縁層および端部絶縁体は、ポリイミドなどの樹脂材料で構成されてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the insulating mechanism 50 is used as the insulating structure of the ion source has been described. In a modification, it may be used as an insulating structure in a device having a different purpose, or may be used to electrically insulate between an arbitrary first member and a second member. In this case, the insulating mechanism includes a laminated region in which a plurality of conductor layers and a plurality of insulating layers are alternately laminated in a direction from the first member to the second member, and end insulation that covers end portions of the plurality of conductor layers. And an end region where the body is provided. The insulating layer and the end insulator may be made of a resin material such as polyimide.

10…イオン源、12…プラズマ室、16…磁場発生器、18…真空容器、50…絶縁機構、50a…内側面、50b…外側面、52a…絶縁層、54…内側導体層、55…中間導体層、56…外側導体層、W1…積層領域、W2…端部領域。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ion source, 12 ... Plasma chamber, 16 ... Magnetic field generator, 18 ... Vacuum container, 50 ... Insulation mechanism, 50a ... Inner side surface, 50b ... Outer side surface, 52a ... Insulating layer, 54 ... Inner conductor layer, 55 ... Middle Conductor layer, 56 ... outer conductor layer, W1 ... laminated region, W2 ... end region.

Claims (8)

高電位が印加されるプラズマ室と、
前記プラズマ室の外周を囲うように設けられる絶縁機構と、
前記絶縁機構の外側に設けられ、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生器と、
前記プラズマ室、前記絶縁機構および前記磁場発生器を内部に収容する真空容器と、
を備え、
前記絶縁機構は、前記プラズマ室から前記磁場発生器に向かう方向に交互に積層された複数の導体層および複数の絶縁層を有することを特徴とするイオン源。
A plasma chamber to which a high potential is applied;
An insulating mechanism provided so as to surround the outer periphery of the plasma chamber;
A magnetic field generator provided outside the insulating mechanism and generating a magnetic field in the plasma chamber;
A vacuum vessel that houses the plasma chamber, the insulation mechanism, and the magnetic field generator;
With
The ion source has a plurality of conductor layers and a plurality of insulating layers alternately stacked in a direction from the plasma chamber toward the magnetic field generator.
前記複数の導体層は、当該絶縁機構の内側面を構成する内側導体層と、当該絶縁機構の外側面を構成する外側導体層と、前記内側導体層と前記外側導体層の間に位置する一以上の中間導体層とを含むことを特徴とする請求項1に記載のイオン源。   The plurality of conductor layers are located between an inner conductor layer constituting an inner surface of the insulation mechanism, an outer conductor layer constituting an outer surface of the insulation mechanism, and between the inner conductor layer and the outer conductor layer. The ion source according to claim 1, comprising the above intermediate conductor layer. 前記内側導体層および前記外側導体層の少なくとも一方は、前記絶縁機構の端部領域を避けて設けられることを特徴とする請求項2に記載のイオン源。   The ion source according to claim 2, wherein at least one of the inner conductor layer and the outer conductor layer is provided to avoid an end region of the insulating mechanism. 前記絶縁機構は、前記端部領域において前記一以上の中間導体層の端部を被覆する端部絶縁体を有することを特徴とする請求項3に記載のイオン源。   The ion source according to claim 3, wherein the insulating mechanism includes an end insulator that covers an end of the one or more intermediate conductor layers in the end region. 前記一以上の中間導体層は、前記内側導体層および前記外側導体層が積層される積層領域から前記端部領域に向けて突出することを特徴とする請求項4に記載のイオン源。   5. The ion source according to claim 4, wherein the one or more intermediate conductor layers protrude from the laminated region where the inner conductor layer and the outer conductor layer are laminated toward the end region. 前記一以上の中間導体層は、第1中間導体層と、前記第1中間導体層と前記内側導体層の間に設けられる第2中間導体層と、前記第1中間導体層と前記外側導体層の間に設けられる第3中間導体層とを含み、
前記第1中間導体層は、前記第2中間導体層および前記第3中間導体層よりも前記端部領域に向けて突出する突出量が大きいことを特徴とする請求項5に記載のイオン源。
The one or more intermediate conductor layers include a first intermediate conductor layer, a second intermediate conductor layer provided between the first intermediate conductor layer and the inner conductor layer, the first intermediate conductor layer, and the outer conductor layer. A third intermediate conductor layer provided between
6. The ion source according to claim 5, wherein the first intermediate conductor layer has a larger protruding amount that protrudes toward the end region than the second intermediate conductor layer and the third intermediate conductor layer.
前記端部絶縁体は、凹凸構造を有することを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載のイオン源。   The ion source according to claim 4, wherein the end insulator has an uneven structure. 第1部材と第2部材の間を電気的に絶縁する絶縁機構であって、前記第1部材から前記第2部材に向かう方向に複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層された積層領域と、前記複数の導体層の端部を被覆する端部絶縁体が設けられる端部領域と、を備えることを特徴とする絶縁機構。   An insulating mechanism for electrically insulating between a first member and a second member, wherein a plurality of conductor layers and a plurality of insulating layers are alternately stacked in a direction from the first member toward the second member An insulating mechanism comprising: a region; and an end region provided with an end insulator covering the ends of the plurality of conductor layers.
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